Kerneteknologier inden for formflowanalyse til optimering af sprøjtestøbefejl

I moderne sprøjtestøbningsproduktion er produktfejlrater, materialespild og produktionsstop forårsaget af formfejl almindelige smertepunkter i branchen. Ifølge branchestatistikker er beståelsesraten for førstegangsforsøg med forme uden optimeret formflowanalyse kun 40%-50%, mens almindelige defekter direkte fører til et fald i produktionseffektiviteten på over 30%. Baseret på principper for beregningsmæssig fluiddynamik (CFD) og termodynamik kan formflowanalyse nøjagtigt simulere hele processen med plastsmeltning i formhulrummet, hvilket giver et videnskabeligt grundlag for formdesign og procesjustering. Spline-testformen er en nøglebærer til verifikation af analyseresultater, og kombinationen af ​​de to danner kernesystemet til defektkontrol.

I. Almindelige defekter ved sprøjtestøbeforme og deres indvirkning på produktionen

1. Typer af almindelige defekter

Typiske defekter i produktion af sprøjtestøbeforme inkluderer flash, short shot, luftbobler, vridningsdeformation, svejselinjer og synkemærker. Blandt disse er forekomsten af ​​flash i tyndvæggede produkter så høj som 60%; svejselinjer er almindelige i produkter med komplekse hulrum; og vridningsdeformation er fremtrædende i tekniske plastprodukter såsom ABS og PC.

2. Indvirkning på produktionseffektivitet og produktkvalitet

Omarbejdningsraten forårsaget af flash er cirka 15%-20%, med en gennemsnitlig omarbejdningstid på 3-5 minutter pr. stykke; materialespild forårsaget af korte skud tegner sig for 8%-12%; og kassationsraten for produkter med vridningsdeformation kan være så høj som 25%. Derudover tegner formnedluknings- og fejlfindingstiden på grund af defekthåndtering sig for 20%-25% af den samlede produktionstid, hvilket alvorligt begrænser produktionskapaciteten.

II. Grundlæggende principper og nøgledata for formstrømningsanalyse

1. Grundprincip for formstrømningsanalyse

Ved at etablere en 3D-formmodel og en plastmaterialedatabase simulerer den hele smelteprocessen fra injektion til afkøling og størkning. Ved hjælp af numeriske beregninger reproducerer den fordelingen af ​​temperaturfelt, trykfelt og hastighedsfelt og forudsiger placeringen og årsagen til defekter.

2. Fortolkning af nøgledataindikatorer

Kernedataindikatorer omfatter strømningstid, trykfordeling, temperaturfordeling, forskydningshastighed og størkningstid. Forskellen i strømningstid bør kontrolleres inden for ±0,3 sekunder; det maksimale injektionstryk i hulrummet bør være mindre end 85 % af formens tilladte tryk (det tilladte tryk for generelle tekniske plastforme er 150-200 MPa); ensartethedsfejlen i temperaturfordelingen bør være ≤5 ℃; forskydningshastigheden bør kontrolleres mellem 1000-5000 sekunder; og størkningstiden tegner sig normalt for 70 %-80 % af den samlede køletid.

III. Kernemetoder til formflowanalyse til optimering af sprøjtestøbefejl

1. Optimering af portdesign

(1) Bestemmelse af portposition: Baseret på simuleringen af ​​smeltestrømmens flowbane indstilles porten ved det fjerneste punkt af smeltestrømmen i hulrummet eller positionen med den maksimale vægtykkelse, hvorved produktets vigtigste spændingsbærende områder undgås. For produkter med et enkelt hulrum er antallet af porte normalt 1-2.

Optimering af portstørrelse: Beregnet ud fra materialets flydeevne og produktvægt er portdiameteren for små PP-produkter 0,8-1,2 mm, og for store produkter er den 1,5-2,5 mm.

2. Optimering af løbersystem

Design af løbernes layout: Der gives prioritet til et afbalanceret layout for at sikre ensartet smeltestrømningsafstand og tryktab i hvert hulrum. Forskellen i løbernes længde bør kontrolleres inden for 5%. Hovedløberens diameter er 1-2 mm større end underløbernes, og underløbernes diameter er 4-8 mm.

Optimering af løberens størrelse: Sørg for, at tryktabet for smelten i løberen er ≤30 MPa, og reducer fyldningstidsforskellen for forme med flere hulrum til inden for 0,2 sekunder.

3. Optimering af kølesystem

Design af kølevandskanaler: Følg princippet om "tæt på hulrummet og ensartet fordeling". Afstanden mellem vandkanalen og hulrummets overflade er 15-25 mm, og afstanden mellem vandkanalerne er 25-35 mm. Konforme vandkanaler bruges til forme med komplekse buede overflader, hvilket kan forbedre køleensartetheden med mere end 40%.

Valg af kølemedium: Til almindelige produkter anvendes industrielt kølevand (temperatur 20-25 ℃) med en strømningshastighed på 1,5-2,5 m/s; til teknisk plast eller tykvæggede produkter anvendes isvandskøling (temperatur 5-10 ℃), og temperaturudsvingene på formoverfladen er ≤3 ℃.

4. Optimering af injektionsprocesparametre

Injektionstryk og -hastighed: Injektionstrykket er indstillet til 1,1-1,2 gange hulrummets maksimale tryk. Der anvendes en segmenteret hastighed: 30-50 mm/s i den indledende påfyldningsfase, 60-100 mm/s i mellemfasen og 20-40 mm/s i den sidste fase.

Holdetryk og -tid: Holdetrykket er 60%-80% af injektionstrykket. Holdetiden bestemmes af produktets vægtykkelse – for hver 1 mm stigning i vægtykkelsen forlænges holdetiden med 1-1,5 sekunder.

Støbetemperatur: Tøndetemperaturen er 20-40 ℃ højere end plastens smeltepunkt (200-240 ℃ for ABS-materialer, 260-300 ℃ for PC-materialer); for støbetemperaturen er den 40-80 ℃ for krystallinsk plast og 60-120 ℃ for amorf plast.

IV. Anvendelse af spline-testforme i formflowanalyse

1. Oversigt over spline-testforme

En standardform, der specielt bruges til at verificere resultater af formflowanalyser, og som anvender størrelsen af ​​ISO 527-2 standard træksplines (170 mm × 15 mm × 4 mm). Den kan designes med enkelt- eller flerhulrum og udstyres med standardporte, løbere og kølesystemer. Ved at producere standardsplines registrerer den overensstemmelsen mellem materialets støbeydelse og analysedata.

2. Nøgledesignpunkter for spline-testforme

Formkernematerialet er fortrinsvis S136 eller H13 støbestål med en hårdhed på HRC50-55 efter varmebehandling; hulrummets overfladeruhed er Ra≤0,8 μm; udstødningssystemet bruger en kombination af udstøderstifter og udstøderplader med en udstøderstiftdiameter på 2-3 mm og en afstand på 30-40 mm; og monteringshuller til temperatursensorer er reserveret til at overvåge hulrumstemperaturen i realtid.

3. Spline-testningens rolle i formflowanalyse

Den fungerer som en "kalibrator" for analyseresultater og korrigerer modelparametre ved at sammenligne simulerede og målte data. Hvis f.eks. formflowanalysen forudsiger en spline-vridning på 0,5 mm, og den faktiske måling er 0,52 mm, kan fejlen reduceres til inden for ±3 % efter justering. Samtidig kan den verificere procesparametre på forhånd – såsom at teste svejselinjestyrken på splines under forskellige injektionshastigheder for at bestemme det optimale procesområde.

V. Praktisk caseanalyse

En virksomhed brugte ABS-materiale til at producere dørbeklædningslister til biler. Den første støbeformstest viste alvorlige svejselinjer og vridningsdeformation med en defektrate på 12 %. Formstrømningsanalyse afslørede, at den oprindelige støbeforms single-gate-design resulterede i en for lang smeltefyldningsvej, og ujævn fordeling af kølevandskanaler forårsagede en temperaturforskel på 8 ℃ i hulrummet.

Optimeringsplan: Tilføj 1 hjælpeport og indfør en afbalanceret løber; juster afstanden mellem kølevandskanalerne til 30 mm og tilføj 2 konforme vandkanaler. Spline-test viste, at trækstyrken af ​​spline-svejselinjen steg fra 18 MPa til 25 MPa, og vridningen faldt fra 0,8 mm til 0,3 mm.

Efter anvendelse af optimeringsplanen opfyldte produktets svejselinjestyrke standarden, vridningsdeformationen var kontrollerbar, defektraten faldt til 2,5 %, produktionseffektiviteten steg med 28 %, og materialespild pr. batch faldt med 10 %.

VI. Udviklingstendenser inden for teknologi til analyse af formstrømning

1. Integration med AI og Big Data

I retning af intelligens identificerer AI-algoritmer automatisk designfejl og parameteroptimeringsområder og kombinerer dem med big data for at realisere model-selvlæring og selvkalibrering. Nogle systemer kan gennemføre en komplet procesanalyse af komplekse forme på 10 minutter, hvilket forbedrer effektiviteten med mere end 50 %.

2. Simulering af kobling af flere fysiske felter

Styrk koblingsanalysen af ​​strømningsfelt, temperaturfelt og spændingsfelt, simuler interaktionen mellem smeltestrømning og deformation af formstrukturen, og kombiner med softwarebaseret samarbejdssimulering for at realisere digital verifikation af hele kæden fra design til præstationsforudsigelse.

VII. Konklusion

Formflowanalyse er kerneteknologien til optimering af defekter i sprøjtestøbninger, og spline-testforme forbedrer pålideligheden af ​​optimeringsløsninger. Ved at optimere design og processer, kombineret med spline-testverifikation, kan forekomsten af ​​defekter reduceres betydeligt, og beståelsesraten for førstegangs støbeforsøg kan forbedres. Med udviklingen af ​​teknologiintegration vil formflowanalyse spille en større rolle inden for præcisionssprøjtestøbning og fremme industriens transformation mod høj effektivitet, nøjagtighed og intelligens. Etablering af et lukket kredsløbssystem med "formflowanalyse - spline-test - støbeoptimering" er nøglen til virksomheders konkurrenceevne.